專利名稱：車身結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及車頂支撐車身結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
車頂支撐柱支撐車輛的車頂，位于車窗和車門之間。車頂支撐柱通常分為A柱、B 柱、C柱，且在一些情況下取決于車輛類型還有D柱。B柱總體上設(shè)置為緊接車輛前門之后， 并從地板和下邊梁板向上延伸至車頂。B柱是確定車頂強(qiáng)度和側(cè)面碰撞入侵程度的要素。 在車輛側(cè)面碰撞情況下，B柱還會承受到施加在車門上的負(fù)載。會針對車頂強(qiáng)度和側(cè)面碰撞強(qiáng)度對乘用車輛設(shè)計進(jìn)行測試。常規(guī)的B柱制造為總 體上點(diǎn)焊在一起的多層沖壓鋼板部件。通過成型高等級材料(例如雙相鋼、硼鋼)制成的 金屬板材部件可以改進(jìn)常規(guī)的B柱的強(qiáng)度。還可通過使用更厚規(guī)格的金屬板材組件來使B 柱更加堅固。然而，使用高強(qiáng)度合金和更厚的金屬板材會增加車輛的重量，且還會增加制造 B柱的成本。即使使用更厚的合金組件，常規(guī)設(shè)計的B柱可能無法總是滿足車頂強(qiáng)度和側(cè)面 碰撞性能的強(qiáng)度測試要求。雖然沖壓部件已在車身結(jié)構(gòu)中使用了許多年，但可以在車輛中使用液壓成型組件 或部件。液壓成型是一種將可煅金屬成型為重量輕、結(jié)構(gòu)堅硬的堅固部件的成本經(jīng)濟(jì)的方 式?？伸呀饘俚姆窍薅ㄊ纠ㄤX或鋼。液壓成型的一個最廣泛應(yīng)用為汽車工業(yè)，其能夠 利用通過液壓成型的復(fù)雜的形狀制造更堅固、更輕且更堅硬的車輛單片式車身結(jié)構(gòu)。該技 術(shù)在高端運(yùn)動型轎車工業(yè)中也很常見，并且也經(jīng)常用于為自行車框架成形鋁管。液壓成型允許成型復(fù)雜的形狀，而這些復(fù)雜形狀很難通過標(biāo)準(zhǔn)的整體模具沖壓制 造。另外，與常規(guī)的沖壓部件或沖壓焊接部件相比，液壓成型的部件可經(jīng)常具有更高的剛性 /重量比和更低的單位成本?，F(xiàn)在參考附圖，其中在多個附圖內(nèi)相似的附圖標(biāo)記用于表示同樣的組件。圖1、2 顯示了現(xiàn)有技術(shù)液壓成型車身結(jié)構(gòu)100，其中C柱114與車頂縱梁118和A柱123 —體化。 這樣，通過使用液壓成型工藝，A柱123、車頂縱梁118、和C柱114形成單個部件。另外，傳 統(tǒng)結(jié)構(gòu)在車輛(未顯示)的車頂結(jié)構(gòu)112處包括至少一個沖壓的橫跨梁130?？紤]到C柱114、車頂縱梁118和A柱123由單體部件通過液壓成型工藝成型，圖 1、2的傳統(tǒng)液壓成型車身結(jié)構(gòu)設(shè)計100將車頂縱梁118與C柱114固定。B柱116通常為 沖壓部件117，且當(dāng)如圖3所示車輛(未顯示)在車頂結(jié)構(gòu)112處遭受較大負(fù)載時B柱116 早于C柱114變形。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本說明書中公開的實(shí)施例，本發(fā)明提供了一種具有改進(jìn)的車頂支撐特性的車 身結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括具有內(nèi)表面、外表面和二者之間的壁的車頂縱梁。車頂縱梁從車頂縱 梁的前端處向下延伸，并在車頂縱梁的后端處向下延伸。車頂縱梁在前端處與中空的A柱 一體化。車頂縱梁還與也具有內(nèi)表面、外表面和二者之間的壁的支撐柱一體化。支撐柱包括從下邊梁向上延伸的管形下部。支撐柱在支撐柱的上部與車頂縱梁的后端形成整體。本發(fā)明還提供了一種具有改進(jìn)的車頂支撐特性的車身結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包含車輛第 一車頂縱梁，包含內(nèi)壁和外壁，所述第一車頂縱梁在所述第一車頂縱梁的第一前端處向下 延伸并在在所述第一車頂縱梁的第一后端處向下延伸，所述第一車頂縱梁在所述第一前端 處與單體式中空第一 A柱一體化；第一下邊梁；具有內(nèi)壁和外壁的單體式中空第一支撐柱， 所述第一支撐柱具有從所述第一下邊梁向上延伸的管狀下部以及與所述第一車頂縱梁的 所述后端一體化的上部；具有內(nèi)壁和外壁的第二車頂縱梁，所述第二車頂縱梁在所述第二 車頂縱梁的第二前端處向下延伸并在在所述第二車頂縱梁的第二后端處向下延伸，所述第 二車頂縱梁在所述第二前端處與單體式中空第二 A柱一體化；第二下邊梁；具有內(nèi)壁和外 壁的單體式中空第二支撐柱，所述第二支撐柱具有從所述第二下邊梁向上延伸的管狀下部 以及與所述第二車頂縱梁的所述后端一體化的上部；以及具有內(nèi)壁和外壁的單體式中空橫 跨梁，所述橫跨梁在所述橫跨梁的第一端部處從所述第一下邊梁向上延伸，所述橫跨梁的 所述第一端部接近所述第一支撐柱；所述橫跨梁進(jìn)一步包括第二端部，所述橫跨梁的所述 第二端部接近所述第二支撐柱并從所述第二下邊梁向上延伸，所述橫跨梁在所述橫跨梁的 所述第一端部和所述第二端部之間在車輛的橫向方向上延伸。


圖1顯示了具有沖壓B柱的車身結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)部分側(cè)視示意圖。圖2顯示了具有車頂橫梁和支架的車身結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)部分頂視圖。圖3顯示了現(xiàn)有技術(shù)車身設(shè)計的受力圖，其中圖示了 C柱和車頂縱梁的切斷和分罔。圖4A顯示了本發(fā)明第一實(shí)施例的部分側(cè)視示意圖。圖4B顯示了本發(fā)明的下邊梁、支撐柱和橫跨梁之間連接處的放大部分側(cè)視圖。圖5顯示了本發(fā)明第一實(shí)施例的部分頂視圖。圖6以曲線圖形式顯示了獲得的測試數(shù)據(jù)的示例，其中圖示了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計和本 發(fā)明的力-變形響應(yīng)之間的差異。圖7顯示了沿圖4中線A-A的截面圖。圖8顯示了沿圖4中線B-B的截面圖。圖9顯示了沿圖4中線C-C的截面圖。圖10顯示了沿圖4中線D-D的截面圖。
具體實(shí)施例方式參考下文的具體描述和附圖，本發(fā)明實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中 相似的附圖標(biāo)記對應(yīng)于類似的組件(盡管可能不相同)。為簡短起見，對先前已經(jīng)描述了功 能的附圖標(biāo)記或部件，可能結(jié)合其出現(xiàn)的其它附圖進(jìn)行描述，也可能不再進(jìn)行描述。本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的車身結(jié)構(gòu)10，其能夠以更小的車頂結(jié)構(gòu)12的位移抵擋 更大的車頂負(fù)載13。參考圖3，假定車頂縱梁與C柱114 一體化且車頂縱梁20在車輛(未顯示)的后 部附近固定至C柱114，當(dāng)較大的負(fù)載施加在車頂結(jié)構(gòu)12上時，C柱114可能切斷并離開車輛和車輛中線67 (圖5中所示)。參考圖6中所示的非限定示例數(shù)據(jù)，當(dāng)15000磅的負(fù)載施 加至車頂結(jié)構(gòu)時，在C柱114處固定的車頂結(jié)構(gòu)可能發(fā)生大約4英寸的位移。因此，本發(fā)明的發(fā)明人公開了一種新式有用的液壓成型車身結(jié)構(gòu)10，其中主要在 B柱16處支撐車頂負(fù)載13。本發(fā)明的車身結(jié)構(gòu)10能夠以較少的車頂位移抵擋更高的負(fù)載， 同時保留了采用液壓成型部件的優(yōu)點(diǎn)——高剛性/重量比、較低單位成本。本說明書中公 開的車身結(jié)構(gòu)10至少充分地、有利地克服了上述潛在缺陷?，F(xiàn)在同時參考圖4、5、9和10，其中顯示了本發(fā)明的第一實(shí)施例。車身結(jié)構(gòu)10包括 具有內(nèi)表面48、外表面50和二者之間的壁52的車頂縱梁18。車頂縱梁18在車頂縱梁18 的前端38處向下延伸。車頂縱梁18還在車頂縱梁18的后端40處向下延伸。車頂縱梁18 在前端38處與中空A柱24 —體化。車頂縱梁18還與具有內(nèi)表面48、外表面50和二者之 間的壁52的中空支撐柱34 —體化。中空支撐柱34包括從下邊梁56或下邊梁部件向上延 伸的管狀下部53。支撐柱34在支撐柱34的上部與車頂縱梁18的后端40 —體化。參考圖4-8，圖示了第二實(shí)施例，其中支撐柱34也可鄰接于橫跨梁30。添加橫跨 梁30進(jìn)一步改進(jìn)了車輛剛性。如圖7中所示，與支撐梁34/車頂縱梁18/A柱24相似，橫 跨梁30在結(jié)構(gòu)上是中空的。橫跨梁30包括內(nèi)表面48、外表面50和二者之間的壁52。橫 跨梁30也可使用液壓成型工藝制造而成。如圖所示，橫跨梁30從第一門檻56延伸至車頂 結(jié)構(gòu)12，并隨后在車輛(未顯示)的橫向方向上延伸，并在車輛第二下邊梁58處終止。支撐柱34可在接近橫跨梁30的第一端部32處沿橫跨梁30的長度焊接至橫跨梁 30的至少一部分。支撐柱34與橫跨梁30的焊接也可在橫跨梁30鄰接支撐柱34處沿著橫 跨梁30的長度。焊接橫跨梁30和支撐柱34的非限定示例可為疊焊(stitch welding)。然 而應(yīng)理解，總體上除了焊接之外可使用多種連接方式，例如但不限于機(jī)械緊固件(未顯示) 和粘接(未顯示)?，F(xiàn)在參考圖4A、4B和8，支撐柱34的下邊梁端36和橫跨梁30的端部32被壓縮在 一起以在支撐柱34的下邊梁端36 (在車輛兩側(cè))和橫跨梁30的各個端部32形成下邊梁凸 緣42。支撐柱34和橫跨梁30的下邊梁凸緣42可以操作配置用于接收第一下邊梁56 (如 圖4B中所示)和第二下邊梁58。下邊梁凸緣42和橫跨梁30的端部32操作配置用于將支 撐柱34和橫跨梁端部連接至其對應(yīng)的下邊梁56、58。同時參考圖4、5和9，本發(fā)明的車身結(jié)構(gòu)10包括車輛(未顯示)的第一車頂縱梁 20，其具有內(nèi)表面48和外表面50以及二者之間的壁52。第一車頂縱梁20從第一車頂縱 梁20的第一前端38向下延伸。第一車頂縱梁20還從第一車頂縱梁20的第一后端40向 下延伸。如圖4中所示，第一車頂縱梁20在第一前端38處與中空的第一 A柱26 —體化。 如圖5所示，車身結(jié)構(gòu)10可進(jìn)一步包括第一下邊梁56部件和第二下邊梁58部件。中空的第一支撐柱34包括內(nèi)表面48、外表面50和二者之間的壁52。第一支撐柱 34包括從第一下邊梁56向上延伸的管狀下部53。第一支撐柱34還包括上部62，其如圖所 示與第一車頂縱梁20的后端40 —體化。參考圖5，應(yīng)理解，除了第一車頂縱梁20之外，還設(shè)有第二車頂縱梁22，其中第二 車頂縱梁22包括內(nèi)表面48和外表面50以及二者之間的壁52。第二車頂縱梁22在第二 車頂縱梁22的第二前端38處向下延伸以成型第二 A柱28。第二車頂縱梁22還在第二車 頂縱梁22的第二后端40處向下延伸以成型第二 B柱16。如圖4中所示，第二車頂縱梁22
6與中空的第二 A柱28和第二 B柱16 —體化。第二車頂縱梁22、第二 A柱28和第二 B柱為 單體部件，且可使用液壓成型工藝成型。如圖4、5和7中所示，中空的第二支撐柱34鄰接具有內(nèi)表面48、外表面50和二者 之間的壁52的橫跨梁30的至少一部分設(shè)置。第二支撐柱34包括從第二下邊梁58向上延 伸的管狀下部64。第二支撐柱34包括與第二車頂縱梁22的后端40—體化的上部62。如 圖7中所示，與車頂縱梁38/A柱24/支撐柱34相似，中空的橫跨梁30包括內(nèi)表面48、外表 面50和二者之間的壁52。橫跨梁30在橫跨梁30的前端32處從第一下邊梁56向上延伸。橫跨梁30的第 一端部32可鄰接或接近第一支撐柱34。橫跨梁30還包括另一端部32，其中該橫跨梁30 另一端部32鄰接或接近第二支撐柱34。橫跨梁30在橫跨梁30的端部32處從第二下邊 梁58向上延伸。如圖5中所示，橫跨梁30在橫跨梁30的各個端部32之間在車輛的橫向 方向上延伸。應(yīng)理解，第一支撐柱34沿第一支撐柱34和橫跨梁30的長度焊接至橫跨梁30的至 少一部分，其中第一支撐柱34和橫跨梁30在橫跨梁30的第一端部32附近彼此鄰接。焊 接工藝的非限定示例可為疊焊60。然而，也可使用其它的連接技術(shù)例如機(jī)械緊固件(未顯 示)或粘接(未顯示)。應(yīng)理解，第二支撐柱34沿第二支撐柱34和橫跨梁30的長度焊接至橫跨梁30的 至少一部分，其中第二支撐柱34和橫跨梁30在橫跨梁30的端部32附近彼此鄰接。如圖 所示，焊接工藝的非限定示例可為疊焊60。然而如上所述，也可使用其它的連接技術(shù)例如機(jī) 械緊固件(未顯示)或粘接(未顯示)。為了將下邊梁56、58連接至其對應(yīng)的支撐柱34和橫跨梁30，可在支撐柱34和橫 跨梁30中形成下邊梁凸緣42。第一支撐柱34的下邊梁端36可壓縮在一起以形成第一下 邊梁凸緣42。下邊梁凸緣42進(jìn)一步包括點(diǎn)焊凸緣44，其操作配置用于連接第一支撐柱34 和第一下邊梁56。類似于支撐柱34，橫跨梁30的端部32可壓縮在一起以形成下邊梁凸緣42。與支 撐柱34的下邊梁凸緣42相似，橫跨梁30的下邊梁凸緣42可進(jìn)一步包括點(diǎn)焊凸緣44，其操 作配置用于連接橫跨梁30和下邊梁56。如圖4、5和7中所示，B柱16區(qū)域內(nèi)的雙管狀構(gòu)造允許車輛結(jié)構(gòu)10以較少的位 移抵抗更大的車頂負(fù)載13。與C柱14不同，B柱16設(shè)置得更接近車輛(未顯示)的縱向 中心66。因此，車頂縱梁18更能夠抵抗從車輛(未顯示)切斷開。如圖6的圖表中的非限定示例數(shù)據(jù)所示，在車輛(未顯示)經(jīng)歷4英寸位移之前， 本發(fā)明的車身結(jié)構(gòu)10可承受高達(dá)30000磅的負(fù)載。如圖6的圖表中所示，這相當(dāng)于大約兩 倍于常規(guī)設(shè)計的車頂負(fù)載能力。盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的多個實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解可對所公開的 實(shí)施例進(jìn)行修改。因此，上述描述應(yīng)被認(rèn)為是示例性的而非限定。
權(quán)利要求
一種具有改進(jìn)的車頂支撐特性的車身結(jié)構(gòu)，所述車身結(jié)構(gòu)包含具有內(nèi)表面和外表面以及二者之間的壁的車頂縱梁，所述車頂縱梁在所述車頂縱梁的前端向下延伸并在所述車頂縱梁的后端向下延伸，所述車頂縱梁在所述前端處與單體式中空A柱一體化；下邊梁；以及具有內(nèi)壁和外壁的單體式中空支撐柱，所述支撐柱具有從所述下邊梁向上延伸的管狀下部以及與所述車頂縱梁的所述后端一體化的上部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車身結(jié)構(gòu)，其特征在于，進(jìn)一步包含具有第一端部和第二端 部的橫跨梁，所述橫跨梁在所述橫跨梁的第一端部處從所述下邊梁向上延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車身結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述橫跨梁在所述橫跨梁的所述第 一端部和所述第二端部之間在車輛的橫向方向上延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車身結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐柱在接近所述橫跨梁的所 述第一端部處焊接至所述橫跨梁的至少一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車身結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐柱的下邊梁端壓縮在一起 以形成下邊梁凸緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車身結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐柱的所述下邊梁凸緣焊接 至所述下邊梁。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的車身結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐柱在接近所述第一端部處 疊焊至所述橫跨梁的至少一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車身結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐柱在接近所述橫跨梁的所 述第一端部處機(jī)械緊固至所述橫跨梁的至少一部分。
9.一種具有改進(jìn)的車頂支撐特性的車身結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包含車輛第一車頂縱梁，包含內(nèi)壁和外壁，所述第一車頂縱梁在所述第一車頂縱梁的第一 前端處向下延伸并在在所述第一車頂縱梁的第一后端處向下延伸，所述第一車頂縱梁在所 述第一前端處與單體式中空第一 A柱一體化；第一下邊梁；具有內(nèi)壁和外壁的單體式中空第一支撐柱，所述第一支撐柱具有從所述第一下邊梁向 上延伸的管狀下部以及與所述第一車頂縱梁的所述后端一體化的上部；具有內(nèi)壁和外壁的第二車頂縱梁，所述第二車頂縱梁在所述第二車頂縱梁的第二前端 處向下延伸并在在所述第二車頂縱梁的第二后端處向下延伸，所述第二車頂縱梁在所述第 二前端處與單體式中空第二A柱一體化；第二下邊梁；具有內(nèi)壁和外壁的單體式中空第二支撐柱，所述第二支撐柱具有從所述第二下邊梁向 上延伸的管狀下部以及與所述第二車頂縱梁的所述后端一體化的上部；以及具有內(nèi)壁和外壁的單體式中空橫跨梁，所述橫跨梁在所述橫跨梁的第一端部處從所述 第一下邊梁向上延伸，所述橫跨梁的所述第一端部接近所述第一支撐柱；所述橫跨梁進(jìn)一 步包括第二端部，所述橫跨梁的所述第二端部接近所述第二支撐柱并從所述第二下邊梁向 上延伸，所述橫跨梁在所述橫跨梁的所述第一端部和所述第二端部之間在車輛的橫向方向 上延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的車身結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一支撐柱在鄰接于所述橫跨 梁的所述端部處焊接至所述橫跨梁的至少一部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有改進(jìn)的車頂支撐特性的車身結(jié)構(gòu)。該車身結(jié)構(gòu)包括與A柱和支撐柱一體化的車頂縱梁。該結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括橫跨梁。A柱包括內(nèi)表面、外表面和二者之間的壁。車頂縱梁在車頂縱梁的前端處向下延伸并在車頂縱梁的后端處向下延伸。車頂縱梁在車頂縱梁的前端處與單體式中空A柱一體化。支撐柱也包括內(nèi)表面、外表面和二者之間的壁。支撐柱還包括從下邊梁向上延伸的管狀下部。支撐柱的上部與車頂縱梁的后端一體化。本發(fā)明的車身結(jié)構(gòu)能夠以減少的車頂位移抵擋更高的負(fù)載，同時保留了采用液壓成型部件的優(yōu)點(diǎn)——高剛性/重量比、較低單位成本。
文檔編號B62D25/04GK101898586SQ20101011272
公開日2010年12月1日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者塞伊德·努斯?fàn)? ?？笋R特·F·馬哈穆德, 穆罕默德·利達(dá)·巴庫什, 薩伊德·大衛(wèi)·巴爾巴特 申請人:福特全球技術(shù)公司